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数控展成超声磨削陶瓷型面的基础研究

丁仕燕  
【摘要】: 由于陶瓷材料具有优良的机械、物理、化学、热学性能,已成为第三大工程材料。但是,陶瓷材料的高脆性、高硬度使其加工、特别是成形加工,至今仍非常困难,因而阻碍其应用范围的扩大。陶瓷是制造未来航空、航天乃至汽车发动机中的小型整体叶轮的理想材料,为解决陶瓷整体叶轮的加工难题,本文开展了数控展成蠕动进给超声磨削加工陶瓷型面的基础研究,主要研究内容包括: 1 )建立了超声磨削在小直径磨轮、大切深、蠕动进给条件下单颗磨粒最大切深(最大未变形切屑厚度)模型;对陶瓷进行蠕动进给机械磨削和蠕动进给超声磨削对比试验,考察了磨削参数对表面粗糙度和实际切深的影响;通过扫描电镜对工件表面形貌进行了分析;试验结果表明:超声振动显著增加了实际切深,同时表面粗糙度值略为增大,但不会引起大的亚表面损伤;材料去除仍以脆性断裂为主,同时伴随塑性流动现象。 2 )针对陶瓷平行直纹面超声磨削加工的需要,在原有五轴电解加工机床的基础上,研制了磨轮主轴部件及其驱动控制系统,并添加超声振动系统和分度系统,使之成为数控展成超声磨削成形加工装置,并能够进行超声磨削加工陶瓷整体叶轮叶片型面;研究了基于DOS的实时多任务系统—主轴变频调速软件设计。 3 )建立平行、不可展直纹面数学模型,确定超声磨削加工平行、不可展直纹面时磨轮空间轨迹及其算法。根据这一算法,采用VC++与MATLAB混合编程技术开发出四轴联动数控展成超声磨削加工平行、不可展直纹面的自动编程系统。 4 )开展数控展成超声磨削加工陶瓷型面基础工艺试验,在块状ZrO2上加工出圆弧槽,在块状Al2O3上加工出平行、不可展直纹面;两种材料上的两种型面表面完整,无宏观裂纹和凹坑。还分析了影响叶片型面加工精度的主要因素,并探讨减小加工误差的措施。可行性试验表明:数控展成蠕动进给超声磨削加工陶瓷整体叶轮叶片型面是可行的,有进一步研究的必要,并提出进一步研究的方向。


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